水電廠機(jī)組轉(zhuǎn)速信號(hào)跳變?cè)蚍治黾疤幚泶胧?/h1>

2015-05-30 04:44:54胡閬丁漢生

科技創(chuàng)新與應(yīng)用訂閱 2015年29期 收藏

關(guān)鍵詞：水電廠

胡閬　丁漢生

摘 要：某水電廠機(jī)組在增加負(fù)荷的過程中，上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)多次報(bào)“機(jī)組115%Ne過速”動(dòng)作并瞬時(shí)復(fù)歸信號(hào)，一旦出現(xiàn)機(jī)組“115%Ne過速”并伴隨“主配拒動(dòng)并延時(shí)3秒”的情況，水機(jī)保護(hù)回路開出，將導(dǎo)致機(jī)組非計(jì)劃停運(yùn)，嚴(yán)重影響發(fā)電機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。文章從設(shè)備結(jié)構(gòu)、安裝工藝、軟件控制等方面進(jìn)行原因分析，并采取了相應(yīng)措施，有效解決了影響安全的重大隱患，為其他出現(xiàn)類似問題的水發(fā)電廠提供了有效的處理思路。

關(guān)鍵詞：水電廠；機(jī)組轉(zhuǎn)速；測(cè)速鍵相帶；殘壓測(cè)頻

1 概述

某電廠裝設(shè)有3臺(tái)單機(jī)容量為140MW立軸混流式水輪發(fā)機(jī)電組，總裝機(jī)420MW，年利用小時(shí)數(shù)2943h，多年平均發(fā)電量12.36億kW.h。文章所介紹的轉(zhuǎn)速非正常跳變現(xiàn)象發(fā)生在機(jī)組轉(zhuǎn)速測(cè)控系統(tǒng)。

2 機(jī)組轉(zhuǎn)速測(cè)控系統(tǒng)簡(jiǎn)介

電廠機(jī)組轉(zhuǎn)速測(cè)控系統(tǒng)共有兩套，一套為調(diào)速器系統(tǒng)專用，采用長(zhǎng)江三峽能事達(dá)電氣股份有限公司MGC4000系列水輪機(jī)可編程控制器雙微機(jī)雙通道冗余調(diào)速器[1]。當(dāng)機(jī)組啟動(dòng)轉(zhuǎn)速小于95%Ne（Ne為機(jī)組額定轉(zhuǎn)速）時(shí)采用測(cè)速鍵相帶測(cè)頻。測(cè)速鍵相帶測(cè)頻信號(hào)不受機(jī)組殘壓數(shù)值高低的限制，始終與機(jī)組轉(zhuǎn)速同步，比電壓互感器殘壓測(cè)頻信號(hào)具有更高的可靠性，但容易產(chǎn)生周期性旋轉(zhuǎn)跳動(dòng)的干擾信號(hào)[2]。

所謂的測(cè)速鍵相（如圖1所示），是在發(fā)電機(jī)主軸上沿圓周粘一圈橡膠帶，當(dāng)接近開關(guān)正對(duì)矩形孔時(shí)接近開關(guān)滅燈，而當(dāng)接近開關(guān)正對(duì)非矩形孔時(shí)接近開關(guān)亮燈，從而輸出轉(zhuǎn)速脈沖信號(hào)。與測(cè)速鍵相帶相匹配的接近開關(guān)，則緊固在固定支架上。

另一套為機(jī)組轉(zhuǎn)速測(cè)控系統(tǒng)，采用西安江河公司生產(chǎn)的ZKZ-4型可編程轉(zhuǎn)速監(jiān)測(cè)裝置。ZKZ-4型可編程轉(zhuǎn)速監(jiān)測(cè)裝置的頻率輸入為機(jī)端PT和測(cè)速鍵相帶雙冗余配置，其不僅能輸出模擬量，還能輸出10對(duì)開關(guān)量和一對(duì)蠕動(dòng)量，其中的4-20mA模擬量信號(hào)，直接送至監(jiān)控系統(tǒng)，而10對(duì)開關(guān)量和蠕動(dòng)量，則送至監(jiān)控系統(tǒng)和勵(lì)磁系統(tǒng)參與控制。

3 故障現(xiàn)象

自2013年4月投運(yùn)以來(lái)，電廠機(jī)組在0-90MW負(fù)荷區(qū)間內(nèi)增負(fù)荷過程中監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)多次報(bào)“機(jī)組115%Ne過速”動(dòng)作并瞬時(shí)復(fù)歸，雖未因監(jiān)控系統(tǒng)事故停機(jī)流程中設(shè)置了“機(jī)組115%Ne過速+主配拒動(dòng)并延時(shí)3秒”后，導(dǎo)致機(jī)組非計(jì)劃停運(yùn)，一旦出現(xiàn)此情況將嚴(yán)重影響發(fā)電機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

4 機(jī)組轉(zhuǎn)速跳變?cè)蚍治?/p>

4.1 調(diào)速器專用轉(zhuǎn)速測(cè)控系統(tǒng)分析

對(duì)于調(diào)速器專用轉(zhuǎn)速測(cè)控系統(tǒng)機(jī)頻檢測(cè)，僅空載和負(fù)載狀態(tài)下PT才有電壓，此時(shí)的機(jī)組轉(zhuǎn)速才是準(zhǔn)確的，而在開停機(jī)過程中和空轉(zhuǎn)態(tài)時(shí)，由于殘壓信號(hào)幅值小且波形失真，所測(cè)得的轉(zhuǎn)速并不能真實(shí)反映機(jī)組的實(shí)際轉(zhuǎn)速。對(duì)于測(cè)速鍵相帶，其接近開關(guān)為圖爾克公司Ni5-G12-AP6X型電感式接近開關(guān)，該開關(guān)包括四個(gè)電氣環(huán)節(jié)：諧振器、解調(diào)器、觸發(fā)器和輸出放大器（如圖2）。

當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，測(cè)速鍵相帶隨大軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)，與靜止的接近開關(guān)在感應(yīng)面不斷地靠近、分開，使測(cè)速探頭內(nèi)部諧振器發(fā)生“停振”和“起振”交替變化，從而把機(jī)組轉(zhuǎn)速的變化線性地轉(zhuǎn)換成為諧振器頻率的變化，該頻率信號(hào)經(jīng)過整形放大、變換后，以4-20mA模擬信號(hào)（相當(dāng)于0-200%的額定轉(zhuǎn)速）輸送給微機(jī)調(diào)速器及機(jī)組轉(zhuǎn)速測(cè)控系統(tǒng)并經(jīng)過處理后即可獲得機(jī)組轉(zhuǎn)速信號(hào)，因此測(cè)速鍵相帶具有零轉(zhuǎn)速檢測(cè)功能，但在高轉(zhuǎn)速下，其穩(wěn)定性卻不如殘壓[3]。對(duì)于機(jī)組在增加負(fù)荷過程中出現(xiàn)的過速信號(hào)，調(diào)速器專用轉(zhuǎn)速測(cè)控系統(tǒng)采用的是機(jī)端PT殘壓測(cè)頻，而此時(shí)機(jī)端PT電壓幅值大且穩(wěn)定無(wú)干擾。因此，對(duì)于調(diào)速器專用轉(zhuǎn)速測(cè)控系統(tǒng)而言機(jī)組轉(zhuǎn)速穩(wěn)定而無(wú)跳變。

4.2 機(jī)組轉(zhuǎn)速測(cè)控系統(tǒng)分析

ZKZ-4型轉(zhuǎn)速監(jiān)測(cè)裝置其輸入有兩路，分別為機(jī)端PT和測(cè)速鍵相帶。兩路輸入中測(cè)速鍵相帶優(yōu)先，僅當(dāng)測(cè)速鍵相帶測(cè)速出現(xiàn)故障時(shí)才切換到機(jī)端PT?？紤]到機(jī)組115%Ne過速告警時(shí)，測(cè)速探頭運(yùn)行正常無(wú)故障，故此時(shí)裝置輸入為測(cè)速鍵相帶輸入，而非機(jī)端PT殘壓輸入[4]。因此，出現(xiàn)該過速告警的原因即在于鍵相帶測(cè)速回路，以下四個(gè)方面進(jìn)行分析。

（1）測(cè)速支架。機(jī)組轉(zhuǎn)速測(cè)量所用的接近開關(guān)固定在測(cè)速支架上，測(cè)速支架由一根內(nèi)部中空的長(zhǎng)方體支撐和一塊弧形扁鐵構(gòu)成，長(zhǎng)方體支撐垂直焊接在水導(dǎo)油槽蓋板上，其規(guī)格為80mm*60mm*82

0mm，再在該支撐上端焊接一塊與測(cè)速鍵相帶平行的扁鐵，扁鐵規(guī)格為460mm*50mm*3mm，測(cè)速探頭即是通過開孔方式固定在該扁鐵上。在機(jī)組運(yùn)行過程中，由于支撐高度過高，對(duì)來(lái)自底端的振動(dòng)有放大作用，再加之扁鐵太單薄而細(xì)長(zhǎng)，剛度不夠，使得測(cè)速探頭產(chǎn)生振動(dòng)，而產(chǎn)生更高頻率的方波信號(hào)。因此，鍵相帶測(cè)速系統(tǒng)所測(cè)得的機(jī)組轉(zhuǎn)速將大于其實(shí)際轉(zhuǎn)速，甚至出現(xiàn)瞬間的突變。

（2）測(cè)速探頭間隙。機(jī)組測(cè)速所用接近開關(guān)其有效測(cè)量距離為5mm，但在實(shí)際使用過程中其有效測(cè)量距離僅為3mm左右。即當(dāng)接近開關(guān)正對(duì)鋼帶且距離超過4mm時(shí)，其指示燈將熄滅，當(dāng)接近開關(guān)正對(duì)橡膠帶且距離小于1mm時(shí)，指示燈將點(diǎn)亮，這一方面是受限于接近開關(guān)本身的制作工藝，另一方面則是因?yàn)殇搸Ш拖鹉z帶本身厚度太?。s為1mm左右），當(dāng)遠(yuǎn)離或過于靠近橡膠帶時(shí)，接近開關(guān)將監(jiān)測(cè)不到信號(hào)或?qū)⒋┻^橡膠帶檢測(cè)到其內(nèi)部的金屬大軸。以上因素都會(huì)降低測(cè)速鍵相帶的可辨識(shí)度。因此，測(cè)速探頭的安裝間隙顯得尤為關(guān)鍵，探頭間隙過大或過小，都將使得機(jī)組轉(zhuǎn)速測(cè)量出現(xiàn)偏差（如表1）。

（3）機(jī)組振擺的影響。主軸擺動(dòng)將使得測(cè)速鍵相帶相對(duì)探頭發(fā)生偏移，從而產(chǎn)生低頻振蕩，該振蕩信號(hào)將疊加到機(jī)組轉(zhuǎn)速上，最終使得機(jī)組轉(zhuǎn)速偏高。查詢監(jiān)控系統(tǒng)報(bào)“機(jī)組115%Ne過速報(bào)警”信號(hào)時(shí)機(jī)組所帶負(fù)荷（見表2）。

通過表2可知，以上告警信號(hào)出現(xiàn)時(shí)機(jī)組所帶負(fù)荷為55MW～72MW，而機(jī)組在42-48m水頭下的振動(dòng)區(qū)域即為40MW～80MW。眾所周知，機(jī)組在振動(dòng)區(qū)域內(nèi)的振擺將增大，正是由于過大振擺產(chǎn)生的低頻振動(dòng)疊加以后才使所測(cè)得的轉(zhuǎn)速增大。

5 改進(jìn)措施

（1）降低測(cè)速支架高度，將中空的長(zhǎng)方體支撐換成實(shí)心的支撐，考慮將原來(lái)一塊扁鐵上的4個(gè)探頭分裝到2塊扁鐵上，從而減小扁鐵的弧長(zhǎng)。

（2）增強(qiáng)測(cè)速鍵相帶的可辨識(shí)度，修復(fù)凹陷和凸起部分，可以考慮將測(cè)速鍵相帶更換成可辨識(shí)度更高的齒盤，還可以考慮更換有效距離更大的接近開關(guān)。

（3）減小機(jī)組振擺對(duì)其的影響，機(jī)組振擺是無(wú)法避免的，可以將測(cè)速支架安裝到振擺更小的部位。比如，由水導(dǎo)油槽蓋板轉(zhuǎn)移到下導(dǎo)油槽蓋板。

（4）ZKZ-4型轉(zhuǎn)速監(jiān)測(cè)裝置進(jìn)行改造，通過改變外部接線增加機(jī)組并網(wǎng)信號(hào)、裝置內(nèi)部軟件程序修改實(shí)現(xiàn)機(jī)組并網(wǎng)前優(yōu)先處理測(cè)速鍵相帶轉(zhuǎn)速信號(hào)，并網(wǎng)運(yùn)行后ZKZ-4型轉(zhuǎn)速監(jiān)測(cè)裝置優(yōu)先處理機(jī)端PT信號(hào)，并輸出轉(zhuǎn)速信號(hào)，以確保轉(zhuǎn)速信號(hào)的準(zhǔn)確、穩(wěn)定。

6 結(jié)束語(yǔ)

文章針對(duì)電廠機(jī)組在增負(fù)荷過程中頻報(bào)的“機(jī)組115%Ne過速”現(xiàn)象，清晰描述了故障現(xiàn)象，從測(cè)速支架、測(cè)速探頭間隙、機(jī)組振擺及ZKZ-4型轉(zhuǎn)速監(jiān)測(cè)裝置四個(gè)方面詳細(xì)分析了其給機(jī)組測(cè)速所帶來(lái)的影響，并轉(zhuǎn)移測(cè)速支架、對(duì)機(jī)組ZKZ-4型轉(zhuǎn)速監(jiān)測(cè)裝置進(jìn)行改造等措施，通過對(duì)#1機(jī)組整改，目前#1機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定，達(dá)到了預(yù)期效果，今后將對(duì)其余機(jī)組逐臺(tái)整改，徹底解決此安全隱患，確保機(jī)組安全運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：胡閬（1982-），男，湖南益陽(yáng)人，工程師，主要從事水電廠發(fā)電運(yùn)行管理工作。

丁漢生（1988-），男，河南平頂山，助理工程師，主要從事水電廠設(shè)備點(diǎn)檢工作。

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